2024-2025學(xué)年高中物理第2章原子結(jié)構(gòu)2原子的核式結(jié)構(gòu)模型課時練習(xí)含解析魯科版選修3-5

PAGE7-原子的核式結(jié)構(gòu)模型(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每小題6分,共36分)1.如圖為α粒子散射試驗(yàn)裝置的示意圖,熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時,關(guān)于視察到的現(xiàn)象,下述說法不正確的是 ()A.相同時間內(nèi)放在A位置時視察到屏上的閃光次數(shù)最多B.相同時間內(nèi)放在B位置時視察到屏上的閃光次數(shù)比放在A位置時少得多C.放在C、D位置時屏上視察不到閃光D.放在D位置時屏上仍能視察到一些閃光,但次數(shù)極少【解析】選C。依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)的現(xiàn)象,絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后,基本上沿原方向前進(jìn),因此在A位置視察到閃光次數(shù)最多,故A正確,少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),因此從A到D視察到的閃光會漸漸削減,因此B、D正確,C錯誤。2.在α粒子穿過金箔發(fā)生大角度散射的過程中,下列說法正確的是 ()A.α粒子始終受到金原子核的斥力作用B.α粒子的動能不斷減小C.α粒子的電勢能不斷增大D.α粒子發(fā)生散射,是與電子碰撞的結(jié)果【解析】選A。在α粒子穿過金箔的過程中,始終受到金原子核的庫侖斥力作用,α粒子的動能先減小后增大,電勢能先增大后減小。綜上所述本題選A?！炯庸逃?xùn)練】在盧瑟福的α粒子散射試驗(yàn)中,有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),其緣由是()A.原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上B.正電荷在原子中是勻稱分布的C.原子中存在著帶負(fù)電的電子D.原子中的質(zhì)量勻稱分布在整個原子范圍內(nèi)【解析】選A。原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上,才使在α粒子散射試驗(yàn)中,只有少數(shù)的α粒子離核很近,受到較大的庫侖斥力,發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn),所以選項(xiàng)A正確。3.(多選)關(guān)于α粒子散射試驗(yàn)及核式結(jié)構(gòu)模型,下列說法正確的是 ()A.從α粒子源到熒光屏處于真空環(huán)境中B.絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后不發(fā)生偏轉(zhuǎn)C.α粒子接近金原子核時,受到很強(qiáng)的吸引力才可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)D.α粒子散射試驗(yàn)否定了核式結(jié)構(gòu)模型【解析】選A、B。從α粒子源到熒光屏處于真空環(huán)境中,選項(xiàng)A正確;絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后不變更方向,只有極少數(shù)的粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),選項(xiàng)B正確;α粒子接近金原子核時,受到很強(qiáng)的排斥力才可能發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),選項(xiàng)C錯誤;α粒子散射試驗(yàn)建立了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,選項(xiàng)D錯誤。4.如圖所示,實(shí)線表示金原子核電場的等勢線,虛線表示α粒子在金核電場中散射時的運(yùn)動軌跡。設(shè)α粒子通過a、b、c三點(diǎn)時速度分別為va、vb、vc,電勢能分別為εa、εb、εc,則 ()A.va>vb>vc,εb>εa>εcB.vb>vc>va,εb<εa<εcC.vb>va>vc,εb<εa<εcD.vb<va<vc,εb>εa>εc【解析】選D。金原子核和α粒子都帶正電,α粒子在接近金核過程中需不斷克服庫侖力做功,它的動能減小,速度減小,電勢能增加;α粒子在遠(yuǎn)離金核過程中庫侖力不斷對它做功,它的動能增大,速度增大,電勢能減小。因此這三個位置的速度大小關(guān)系和電勢能大小關(guān)系為vb<va<vc,εb>εa>εc。5.α粒子散射試驗(yàn)中,不考慮電子和α粒子的碰撞影響,是因?yàn)?()A.α粒子與電子根本無相互作用B.α粒子受電子作用的合力為零,是因?yàn)殡娮邮莿蚍Q分布的C.α粒子和電子碰撞損失能量很少,可忽視不計D.電子很小,α粒子碰撞不到電子【解析】選C。α粒子與電子之間存在著相互作用力,這個作用力是庫侖引力,A、B錯;但由于電子質(zhì)量很小,碰撞時對α粒子的運(yùn)動影響微小,α粒子幾乎不變更運(yùn)動方向,就像一顆子彈撞上一粒塵埃一樣,故C對,D錯。6.(多選)關(guān)于α粒子散射試驗(yàn),下列說法正確的是()A.α粒子穿過原子時,由于α粒子的質(zhì)量比電子大得多,電子不行能使α粒子的運(yùn)動方向發(fā)生明顯的變更B.由于絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍按原來方向前進(jìn),所以使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的緣由是在原子中微小的區(qū)域內(nèi)集中著對α粒子產(chǎn)生庫侖力的正電荷C.α粒子穿過原子時,只有少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的緣由是原子核很小,α粒子接近原子核的機(jī)會很少D.使α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的緣由是α粒子穿過原子時,原子內(nèi)部兩側(cè)的正電荷對α粒子的斥力不相等【解析】選A、B、C。電子的質(zhì)量很小,當(dāng)和α粒子作用時,對α粒子運(yùn)動的影響極其微小,A正確。α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),說明原子的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量都集中在一個很小的區(qū)域內(nèi),故B、C正確,D錯誤。二、非選擇題(本題共2小題,共24分)7.(12分)(2024·三明高二檢測)氫原子核外電子質(zhì)量為m,繞核運(yùn)動的半徑為r,繞行方向如圖所示,則電子在該軌道上運(yùn)動的加速度大小為________,假設(shè)核外電子繞核運(yùn)動可等效為一環(huán)形電流,則這一等效電流的值為____________,若在垂直電子軌道平面加上一勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直于紙面對里,則電子繞核運(yùn)動的軌道半徑將______。(選填“增大”或“減小”)

【解析】依據(jù)庫侖力供應(yīng)電子繞核旋轉(zhuǎn)的向心力。可知:k=ma所以a=設(shè)電子運(yùn)動周期為T,則k=mr電子繞核的等效電流:I===若在垂直電子軌道平面加上一勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直于紙面對里,電子的向心力增大,將做向心運(yùn)動,所以電子繞核運(yùn)動的軌道半徑將減小。答案:減小8.(12分)如圖所示,M、N為原子核外的兩個等勢面,已知UNM=100V。一個α粒子以2.5×105m/s的速率從等勢面M上的A點(diǎn)運(yùn)動到等勢面N上的B點(diǎn),求α粒子在B點(diǎn)時速度的大小。(已知mα【解析】α粒子從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn),庫侖力做的功WAB=qUMN=-qUNM,由動能定理WAB=mα-mα,故vB==m/s≈2.3×105答案:2.3×105(15分鐘·40分)9.(6分)如圖所示為α粒子散射試驗(yàn)裝置,粒子打到熒光屏上會引起閃耀,若將帶有熒光屏的顯微鏡分別放在圖中A、B、C、D四處位置。則這四處位置在相等時間內(nèi)統(tǒng)計的閃耀次數(shù)符合事實(shí)的是 ()A.1305、25、7、1B.202、405、625、825C.1202、1010、723、203D.1202、1305、723、203【解析】選A。依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)的統(tǒng)計結(jié)果,大多數(shù)粒子能按原來方向前進(jìn),少數(shù)粒子方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn),極少數(shù)粒子偏轉(zhuǎn)超過90°,甚至有的被反向彈回。所以在相等時間內(nèi)A處閃耀次數(shù)最多,其次是B、C、D三處,并且數(shù)據(jù)相差比較大,所以只有選項(xiàng)A符合事實(shí)。10.(6分)依據(jù)α粒子散射試驗(yàn),盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,圖中虛線表示原子核所形成的電場的等勢線,實(shí)線表示一個α粒子的運(yùn)動軌跡。在α粒子從a運(yùn)動到b,再運(yùn)動到c的過程中,下列說法中正確的是 ()A.動能先增大,后減小B.電勢能先減小,后增大C.電場力先做負(fù)功,后做正功,總功等于零D.加速度先變小,后變大【解題指南】解答本題時首先要留意α粒子散射試驗(yàn)中的功能關(guān)系。α粒子接近原子核時,電場力做負(fù)功,α粒子的動能減小,電勢能增加;反之,α粒子離開原子核時,電場力做正功,α粒子的動能增加,電勢能減小。其次要留意α粒子在a、c兩點(diǎn)時具有的電勢能的關(guān)系?！窘馕觥窟xC。α粒子從a運(yùn)動到b的過程中,電場力做負(fù)功,動能減小,電勢能增大;從b運(yùn)動到c的過程中,電場力做正功,動能增大,電勢能減小,故選項(xiàng)A、B錯誤;a與c在同一等勢面上,故a→c的過程中電場力做的總功為零,故選項(xiàng)C正確;越靠近原子核,α粒子受到的電場力越大,加速度越大,故選項(xiàng)D錯誤?！究偨Y(jié)提升】α粒子散射試驗(yàn)中的受力分析和功能關(guān)系(1)α粒子的受力分析:①α粒子與原子核間的作用力是庫侖力。α粒子離原子核越近,庫侖力越大,運(yùn)動加速度越大;反之,則越小。②α粒子的受力方向沿原子核與α粒子的連線,由原子核指向α粒子。(2)庫侖力對α粒子的做功狀況:①當(dāng)α粒子靠近原子核時,庫侖力做負(fù)功,電勢能增加;②當(dāng)α粒子遠(yuǎn)離原子核時,庫侖力做正功,電勢能削減。(3)α粒子的能量轉(zhuǎn)化:僅有庫侖力做功,能量只在電勢能和動能之間相互轉(zhuǎn)化而總能量保持不變。11.(6分)關(guān)于原子結(jié)構(gòu),湯姆孫提出棗糕模型、盧瑟福提出行星模型……如圖所示,都采納了類比推理的方法,下列事實(shí)中,主要采納類比推理的是 ()A.人們?yōu)楸阌谔接懳矬w的運(yùn)動而建立的質(zhì)點(diǎn)模型B.伽利略從教堂吊燈的搖擺中發(fā)覺擺的等時性規(guī)律C.庫侖依據(jù)牛頓的萬有引力定律提出庫侖定律D.托馬斯·楊通過雙縫干涉試驗(yàn)證明光是一種波【解析】選C。質(zhì)點(diǎn)模型是一種志向化的物理模型,是為探討物體的運(yùn)動而建立的;伽利略的擺的等時性是通過自然現(xiàn)象發(fā)覺的;庫侖依據(jù)牛頓的萬有引力定律提出庫侖定律是用類比推理;托馬斯·楊是通過試驗(yàn)證明光是一種波,是建立在事實(shí)的基礎(chǔ)上的?！炯庸逃?xùn)練】(多選)關(guān)于α粒子的散射試驗(yàn)的說明有下列幾種說法,其中錯誤的是()A.從α粒子的散射試驗(yàn)數(shù)據(jù),可以估算出原子核的大小B.極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度的散射的事實(shí),表明原子中有一個質(zhì)量很大而體積很小的帶正電的核存在C.證明白質(zhì)子的存在D.絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原方向前進(jìn),表明原子中正電荷是勻稱分布的【解析】選C、D。從α粒子的散射試驗(yàn)數(shù)據(jù),可以估算出原子核的大小,A項(xiàng)正確;極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度的散射的事實(shí),表明原子中有一個質(zhì)量很大而體積很小的帶正電的核存在,B項(xiàng)正確;數(shù)年后,盧瑟福發(fā)覺核內(nèi)有質(zhì)子并預(yù)料核內(nèi)存在中子,C項(xiàng)錯誤;絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原方向前進(jìn),表明原子中是比較空曠的,D項(xiàng)錯誤。12.(22分)盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為,核外電子繞核運(yùn)動。設(shè)想氫原子的核外電子繞核做勻速圓周運(yùn)動,氫原子中電子離核最近的軌道半徑為r1,已知電子電荷量為e,靜電力常量為k,依據(jù)經(jīng)典物理學(xué)的學(xué)問:(1)計算電子在半徑為r1的軌道運(yùn)動時的動能。(2)設(shè)軌道2的半徑r2=4r1,計算電子在軌道2運(yùn)動時的動能。(3)比較電子在軌道1與軌道2的動能,Ek1________Ek2(選填“>”“<”或“=”),電勢能Ep1________Ep2(選填“>”“<”或“=”)。

【解析】(1)依據(jù)庫侖力充當(dāng)向心力有k=m,故Ek=mv2=k。(2)由(1)知當(dāng)r2=4r1時有Ek′=k=k。(3)由(2)知,由軌道1運(yùn)動至軌道2,電子動能減小,故Ek1>Ek2,由軌道1至軌道2過程中,電